焊接工艺评定国际新趋势——焊接经验评定与标准焊接工艺规程

段凯扬,戈兆文

(1.阿克公司，天津 300452；2.合肥通用机械研究院有限公司，合肥 230031)

0 引言

国际焊接标准体系中，共有5种对焊接工艺进行评定的方法，除了最常见的使用焊接工艺评定试验来进行评定的方法以外，近年来，欧美标准倾向采用两种非试验方式进行评定，即焊接经验和标准焊接工艺规程。例如AWS D1.1[1]对于焊接工艺规程(以下简称WPS) 广泛使用prequalified(免除评定)WPS；美国标准ASME Ⅸ中采用AWS B2.1的系列标准焊接工艺规程(以下简称SWPS)[2]允许客户无须评定直接使用，这种非试验方式评定WPS的趋势值得我们学习与思考。

中国标准也引进了这一理念，依据标准GB/T 19866—2005/ISO 15607:2003 《焊接工艺规程及评定的一般原则》[3]，5种方法可以评定焊接工艺见表1[3]。

表1 评定方法

1 常见的焊接经验评定方法典型标准AWS D1.1

根据经验评定焊接工艺是一种比较成熟的办法，较早期的欧洲焊接工艺评定标准EN 288-6:1994[4]就规定了基于焊接经验评定的规则，后来替代的标准EN ISO 15611:2003[5]继续贯彻这一思路，而发展该方法的是美国标准AWS D1.1，该标准获得了全球性的认可，其根据经验评定焊接工艺的技术思路也得到了广泛的认可和使用。

1.1 AWS D1.1根据焊接经验评定最常见

AWS D1.1作为国际影响力最大的钢结构焊接标准，其焊接工艺的评定中特色之一就是该标准自1996年起，第3章为根据经验评定的WPS，该标准C-3.2.1条对此解释为：焊接方法如焊条电弧焊、埋弧焊、药芯焊丝和实心焊丝(短路过渡除外)气体保护焊的焊接工艺规程，包括一些相关类型的接头已经有过彻底的试验，而且长期使用证明性能良好，这些WPS和接头被称为“prequalify” (直译为“预先评定”，意译为“(焊接)经验评定”)，可以不用试验或者认证而使用。

国内资料多将 “prequalify”翻译为“免除评定”或“免予评定”[6-7]，但依据AWS D1.1，C-3.2.1的解释，以及ISO 15607的分类(见表1)，此处评定方式属于按照焊接经验评定。所以“prequalify” 译为“(焊接)经验评定”更符合国际主流。

1.2 高频焊只能通过经验评定

焊接方法如高频焊，调整焊接工艺、依靠经验丰富的操作工观察热影响区颜色来调整，即使采用计算机数值模拟也往往由于坯料形状复杂，成本过高，国内外文献尚无有效的解决办法的报道[8]。

此种情况下，焊接工艺通过经验评定就成了唯一的选择。

2 标准焊接工艺规程评定方法典型标准AWS B2.1

ISO 15607的5种评定方法之一是“标准焊接工艺规程”(SWPS)，最早出现在1990年,美国国家标准(ANSI)AWS B2.1-001-90[9]正式颁布，欧洲标准中较早的标准是EN 288-7:1995[10]，后来替代标准EN ISO 15612:2004[11]，最新标准是ISO 15612:2018[12]。欧洲和国际标准中虽然允许使用SWPS，但是至今未见公开标准号码的SWPS。倒是美国方面，公布了很多美国国家标准级别的SWPS，通俗的讲就是WPS可以引进和转让，SWPS作为美国国家标准，可以给各种制造商使用而无须评定，支持SWPS的PQR(焊接工艺评定)由AWS(美国焊接学会)下属的美国焊接研究协会(WRC)进行，这不同于国内对于焊接工艺评定不能引进和转让的理念。

2.1 AWS B2.1 SWPS 源于统一焊接工艺评定标准的理念

所有ANSI的SWPS均属于AWS B2.1标准框架下的一部分，而AWS B2.1的产生源自于AWS与ASME(美国机械工程师学会)基于技术和经济的理念，时任AWS主席Howard B Cary 和时任AWS B2委员会主席的Jeff J Fluckiger提出:焊接工艺与焊工的评定应该被一个标准统一是该委员会一直以来的使命[13]，这一观点值得国内同行思考。

AWS 与ASME在1978年决定成立一个委员会来统一焊接工艺与焊工技能评定，这就是1979年诞生的AWS B2委员会。该委员会以统一焊接工艺与焊接技能的评定为己任，推出了AWS B2系列标准，其中AWS B2.1标准评定的焊接工艺规程可以得到美标中大多数标准的认可，在此框架下，又进一步产生了SWPS。

AWS B2.1[14]宣称编制SWPS的限制条件比所有相关美国国家标准和文件都更严格，该标准附录E解释AWS B2委员会对SWPS的编制方针就是叠加并且更严格于所有B2.1允许的相关文件的条件和变素或其他美国国家标准(如AWS D1.1直至AWS D1.6或ASME Ⅸ)，这个方针的目的就是使SWPS能够尽可能用于一切客户。

2.2 AWS B2.1的SWPS正在迅猛发展

从1990年推出两个SWPS之后，截至发稿时间，作为美国国家标准颁布的SWPS共有74个，仅2018年，就颁布了17个SWPS，可以说是发展迅猛。74个SWPS大致分类4类：薄板类SWPS(共13个)、钢板类SWPS(共14个)、管类SWPS(共35个)、海军专用SWPS(共12个)。74个SWPS的组成结构见表2。

表2 74个AWS B2.1 SWPS的组成(截至2019年6月)

(续表)

(续表)

注：“ASME可用”指承压设备(压力容器、锅炉、压力管道等)可以使用

2.3 美国标准中的SWPS得到广泛许可

2011年，AWS B2委员会主席Jeff J Fluckiger提出随着更多的宣传和被更多人认知，AWS B2.1基于技术和经济上的优势必然会得到更加广泛的应用。文献[15-16]中指出：随着发展，AWS D1.3 (钢结构焊接-薄钢板规范)、AWS D9.1(钣金焊接规范)、AWS D14.2(金属切割机床焊接件规范)、AWS D14.3(土方和建筑用设备焊接规范)、AWS D14.8(防止冷裂纹的标准规范)、AWS D17.1(航天领域熔化焊规范)也都直接或者通过工程师批准认可了AWS B2.1，而SWPS也同ASME Ⅸ一样，被美国国家检验标准认可。

经统计，至少有13种美国标准承认AWS B2.1的SWPS，具体如下：AWS D1.1《钢结构焊接规范》，AWS D1.2《铝结构焊接规范》，AWS D1.3《薄板钢结构焊接规范》，AWS D1.5《桥梁焊接规范》，AWS D1.6《不锈钢钢结构焊接规范》，AWS D9.1《薄板焊接规范》，ASME Ⅸ《焊接和钎焊评定标准》，NAVSEA TP S9074-AQ-GIB-010/248《焊接及钎焊评定》美国海军技术报告，NAVSEA TP S9074-AR-GIB-010/278《焊接制造和检验要求及机器、管道和压力容器铸造检验与返修》美国海军技术报告，MIL-STD-1689《船舶结构的制造、焊接和检验》美国军标，NAVSEA TP T9074-AD-GIB-010/688《潜艇结构制造焊接和检验》美国海军技术报告，American Bureau of Shipping (ABS)美国船级社标准，Navel Vessel Rules (NVR)美国海军条例。

综上所述，不难预计，今后美国标准体系下的SWPS会继续发展，SWPS的数量也会继续增加，这种焊接工艺可以引进并且转让是技术发展成熟的标志，SWPS的推广将显著降低焊接工艺评定的费用，并且节约工期。当然，其使用需相应的焊接管理。

3 美国标准承压设备允许使用SWPS

美国标准承压设备焊接工艺评定均执行ASME Ⅸ，该标准第Ⅴ章QW-500总则中提到：产品中无冲击试验的要求时，附录E所列SWPS优先用于ASME Ⅸ卷评定的WPS。

例如压力容器标准ASME Ⅷ-1[17]，由于断裂力学的发展和成熟，根据焊接产品的应力、载荷、拘束度、温度综合要求不高的，可以依据UCS-66条款免除冲击，而这部分产品的焊接，就可以使用SWPS。

4 结语

国内的承压设备领域规定WPS/PQR不能引进也不能转让，GB 150规定依照NB/T 47014[18]评定合格，“焊接工艺评定应在本单位进行，由本单位操作技能熟练的焊接人员使用本单位设备焊接试件。” 而依据“焊接经验评定”的WPS和SWPS，可以被承包商直接使用而无需做焊接工艺评定试验是国际标准日渐成熟和广泛应用的两种焊接工艺评定型式，尤其是SWPS正在迅速发展，在2018年美国新颁发了17个国家标准SWPS，而ISO标准也奋起直追，在系列焊接评定标准都是10多年前旧版本的状态中，优先升级SWPS的标准ISO 15612至2018版本。

技术进步，标准先行，欧美在焊接工艺评定方面的先进做法，值得国内同行借鉴与思考。